浅谈寒冷地区超低能耗建筑与绿色建筑设计施工方法

王 宁（西安思源学院，陕西 西安 710038）

做好寒冷地区超低能耗建筑与绿色建筑设计施工，不仅可以满足人们高品质生活需求，还能助力能源、气候等问题得到有效解决。不过从现实来看，寒冷地区开展建筑设计施工活动时，运用绿色、超低能耗设计施工方法还比较少，无法取得理想的施工效果，需要对寒冷地区超低能耗建筑与绿色建筑设计施工进行深入研究，并结合实际选用合适的方法进行操作，推动绿色、超低能耗建筑在寒冷地区的本土化发展[1]。

超低能耗建筑主要是指能够适应气候特征与场地条件，并通过开展被动式建筑设计和采用主动技术措施，最大程度满足建筑照明、供暖等需求，大幅提高能源设备与系统效率，最终使建筑室内环境参数和能效指标符合《近零能耗建筑技术标准》（GB/T 51350-2019)的相关要求。绿色建筑主要是指在全寿命期间，保护环境、减少污染和提供适用使用空间的高质量建筑，实际操作一般会遵循因地制宜的原则，对建筑安全耐用、生活便利、节约资源、环境宜居等性能进行综合考虑，进而实现人与自然和谐共生[2]。

在寒冷地区开展超低能耗建筑与绿色建筑设计工作，涉及内容主要包括:①建筑总体设计。在对建筑进行超低能耗和绿色设计时，需要从整体规划布局角度入手，全面了解寒冷地区的气候特点，操作时要将重点放在日照辐射要求上，由于超低能耗建筑设计的主要目标是降低对传统能源的过分依赖，因此，在设计时，注意控制好建筑的间距，以提高建筑太阳能的可利用量；
②建筑平面设计。为了取得理想的节能效果，除了要体现出建筑平面设计的简洁性，还要减少凹凸情况出现，同时充分考虑气候缓冲的作用，并将温度需求较高的房间设计在内部或南侧位置，以获得极佳的节能效果；
③无热桥构造设计。作为超低能耗建筑设计的重点内容，做好建筑的热桥设计工作，可以确保建筑节能的最终效果，实际操作要选择导热系数较低的材料，并且在构造设计时要减少保温层两侧的刚性连接，以避免对保温层完整性和连续性造成破坏[3]；
④围护结构设计。考虑到超低能耗建筑围护结构传热系数比较小，在围护结构设计时就要注意控制好保温层的厚度，一般情况下保温层厚度不能低于200mm，并且设计的围护结构要尽可能简单，加入过多的装饰会破坏结构的整体性，最终建筑施工和使用效果也会受到影响；
⑤遮阳设计。寒冷地区夏季气温也比较高，并且日照辐射也会使建筑室内温度升高，进而增加室内制冷的能耗，此时可以积极开展建筑遮阳设计工作，实现对日照辐射科学合理利用；
⑥室内空气质量设计。由于室内空气流通性不够强，设计时要注意对室内空气质量提升，并通过有效运用新风系统，以达到保障室内空气质量的目标，甚至还可以使用自动门窗控制系统，以通过监测环境状态增强室内空气流通性[4]。

3.1 建筑保温系统

为了使围护结构和门窗都具有较好的保温性能，设计时就要注重对无热桥的高效建筑保温系统进行运用，使之形成连续完整的保温层，具体设计施工内容包括：①围护结构保温设计与施工。在较为寒冷的地区，建筑围护结构的保温性能尤为重要，实际设计施工时要对外墙、屋面和地面的平均传热系数进行有效控制，并以超低能耗建筑的能耗指标为目标，将屋面和地面的平均传热系数控制在0.10W/(m2·K）～0.25W/(m2·K）、0.15W/(m2·K）～0.35W/（m2·K）之间，针对复合墙体要采用厚度超过100mm以上的重质材料，比如混凝土、砖等，对于保温材料的使用应优先选择高性能的保温材料，并确保材料具有较强的防水、透气、耐冰融等性能。与此同时，开展外围护结构无热桥施工，对于外墙的保温层可以使用断热桥锚栓进行固定，并使用错缝粘接的方式进行连接。若施工使用的是双层保温，就要避免材料之间出现通缝的情况。对于外墙上固定的导轨和支架，需要在外墙上预埋锚固件，并采用减少接触面积、使用非金属材料等施工措施，以达到保障外墙保温性能、降低热量损失等目的。除此之外，寒冷地区地下室外墙外保温层施工，应与地上部分保温层连续，并注意将外侧保温层延伸到地下冻土层以下或完全包裹住地下结构部分，施工所用的保温材料也要有较强的防水性能[5]；
②门窗保温设计与施工。建筑门窗设计与施工会直接影响到建筑的传热系数、气密性能等，实际施工作业要以寒冷地区冬季获得太阳辐射量为主，对太阳得热系数进行科学选择，同时考虑夏季建筑隔热要求，操作时可以采用调节外遮阳设施的方式，极大满足夏季隔热的需求。与此同时，对建筑窗框型材和玻璃进行严格把关，在综合考虑玻璃层数、惰性气体、边部密封构造等因素以后，选择超低能耗的保温材料，取得减少冷风渗透、提高整窗保温性能的施工效果。

3.2 气密性设计施工

气密性设计施工是超低能耗建筑与绿色建筑设计施工中的重点内容，确保建筑具有良好的气密性，不仅可以减少冬季冷风的渗透，还能够降低夏季供冷需求。实际施工作业，要将注意力放在整个外围护结构设计与施工上，操作时可以先确定气密层位置，并对其造型和节点进行简洁设计，以防止难以处理的问题出现。同时，施工中选择气密等级比较高的外门窗、窗扇材料进行密封作业，比如气密性薄膜、硬质材料板等，针对容易发生气密性问题的窗洞、管线贯穿处等部位，要求在施工之前对各节点设计的气密性措施进行仔细说明，以保证施工严格按照规定要求进行，最终施工质量也能得到有力保障[6]。

3.3 建筑遮阳设计施工

实际设计施工时，若能够对太阳辐射进行有效利用，不仅可以降低建筑冬季的供暖能耗，还能够体现建筑绿色低碳发展要求，不过对太阳辐射进行运用也会增加夏季空调的能耗，为妥善解决这一问题，就要考虑对建筑外窗使用遮阳的措施。首先可以先了解寒冷地区的气候特点，并在准确把握建筑房间使用要求及窗口实际朝向以后，对各种热反射玻璃、阳光控制膜等进行运用，甚至还可以使用可调节的遮阳设施，根据太阳高度角和室外天气状况，对外遮阳进行自动调整。另外，对于西向和南向的建筑，可以选用可调卷帘，以同时满足夏天阻挡热量和冬天利用窗户得热的需求，甚至还可以依托可调节外遮阳卷帘。

3.4 新风热回收系统

对高效的新风热回收系统进行使用，主要是通过热回收装置促使新风和排风之间进行热交换，并在该过程中实现对能量的有效回收。具体操作时可以根据寒冷地区的气候特点，科学合理地选择热回收装置，然后将热回收装置的新风侧和排风侧分别设置在正压区和负压区，在新风入口处也可以设置空气净化装置，以确保室内空气新鲜洁净。与此同时，对于新风量可以根据人数进行确定，假设每人所需最小的新风量为30m3/h，为了保证新风量和排风量处于相对平衡的状态，就要对新风系统进行分户独立和可调控的设置，针对建筑的楼梯间、敞开式厨房等，可以将其作为过流区，并在主要活动区设置送风口和回风口，内门与地面间的净空应预留25mm的缝隙，主风道风速和送风口风速分别为3m/s、1.5m/s，对于过流口则要进行隔声降噪设计与施工，以防止对人们的正常生活造成较大的扰动。另外，在建筑施工中使用新风热回收系统时，还可以优先考虑太阳能新风系统，主要是因为该系统具有高效节能的特点，作业时将重点放在集热装置、自控装置、气流输送等设计、安装和施工上，促使安装的太阳能空气集热器可以充分利用太阳能辐射热能对空气进行加热，并通过气流输送装置对送入新风机组的热空气进行有效处理，最终经过过滤的新风就可以进入室内，实现全面自动运行，保证空气质量[7]。

3.5 辅助供暖供冷系统

寒冷地区建筑设计施工中，对辅助供暖供冷系统进行运用，优先考虑利用地源热泵、生物质燃料、太阳能等可再生能源，只有这样才能切实满足建筑超低能耗和绿色施工的要求，实际操作中可以有效设置辅助热源和冷源，并且对于辅助热源要避免采用集中供暖的方式，而是使用地源热泵、空气源热泵等，同时综合考虑供暖、新风处理、生活热水等要求。以太阳能热水系统为例，其工作原理主要是对温差循环进行有效控制，并通过检测集热器的供回水温差，实现对集热循环泵启停的控制，进而在比较循环温度与贮水箱水温温差中，实现贮水箱水的加热。实际施工时，先对集热器支架进行安装，通常集热器支架使用的是钢结构，作业时要先在预埋件上焊接支架钢柱，并在完成钢柱平面位置与高程以后，在钢柱上端焊接型钢，使之与支架钢柱形成完整的支架体系；
然后对集热器进行安装，施工时要将集热器布设在支架上，并确保第一个和最后一个集热管口位于轴向同一条直线上，在完成该项操作以后就可以使用压板钢、螺钉和支架固定在一起[8]；
最后对系统管路和辅助设备进行安装，前者安装要保证管道下料长度与两侧对接口相吻合，安装阀门前注意对型号、规格等进行仔细检查，并注意水体的实际流向，后者则要将注意力放在电加热器、温度传感器、循环泵等上面，并在完成安装作业以后开展调试与验收工作，以及时发现施工存在问题，安装系统实际运行效果也能得到保证。

对寒冷地区的建筑开展超低能耗和绿色设计施工作业，要先对寒冷地区的气候条件、居住需求、建筑性能等进行全面细致的了解，并严格遵循因地制宜的原则，对超低能耗和绿色设计方法和施工技术进行科学合理选用，比如采用新风系统保障空气质量、使用太阳能减少能源消耗等，这样既能够满足建筑绿色发展要求，又能够提高人们居住品质。实际作业时也要对具体施工内容进行仔细了解，并严格按照施工标准规范进行操作，同时在完成安装施工以后及时开展验收工作，确保最终施工质量。

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